JPS6064403A - 厚膜型正特性半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は機器の保温、加熱などに用いられる面状発熱体
のなかで、ガラスフリットを必要としない厚膜型正特性
半導体素子の製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 Ｂ　ａ　Ｔ　ｘ　Ｏｓ系半導体からなる素子は所定温度
以上で急激に抵抗値が増大するスイッチング特性及びス
イッチング後の自己発熱特性を有し、昇温特性が速く自
己温度制御機能を有し、外部の制御回路を必要としない
ため広く利用されている。

従来の正特性サーミスタ発熱体はＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３
系半導体粉末を加圧成形した後、焼成して得ていたが、
実用可能な厚膜状の正特性サーミスタ発熱体を得ること
は困難であるとされていた。

従来、Ｂ　ａ　Ｔ　１０３系半導体を膜状に加工する方
法としては、次のようなものが知られている。

■　ディスク形に成形した後、焼成したものをＡＱ片に
研磨する。

■　真空蒸着法により基板上に薄膜を形成する。

■　Ｅ　ａ　Ｔ　ｉＯ３系半導体粉末に導電性の添加剤
とガラスフリットを加えてベースト状とし、基板」〕に
スクリーン印刷した後、焼成する。

しかし、前記■の方法ではＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３系半導
体の結晶粒子径が大きくもろいため、膜状に寸で研磨す
ることは甚だ困難である。また、前記■の方法では操作
が面倒であり、発熱体に適した大電力を得ることがむつ
かしい。さらに、前記■の方法では面積抵抗が高くなり
易く制御が困難であり、発熱体には適さず、またあらか
じめガラスフリットを調合、焼成しておかなければなら
ず、面倒であると共にガラスフリットの材質によっては
ＢａＴｉＯ３系半導体の持つスイッチング特性及び自己
発熱特性を劣化させる。そして、ガラスフリットを加え
ることによＦ）　Ｂ　ａ　Ｔ　ｔ　Ｏ３系半導体とガラ
スフリットの耐熱性、熱膨張係数の差から熱衝撃に弱く
、熱伝導が妨げられる。さらに、導電性の添加剤とガラ
スフリットを均一に混合することは困難であり、特性に
ばらつきを生じる原因の一つとなっている。

発明の目的 そこで本発明では前記従来技術の欠点であった製造上の
繁雑さをブＷ決し、ガラスフリットを用いずに厚膜状に
することにより熱衝撃性、熱伝導性に優れ、均一な特性
を持つ厚膜型正特性半導体素子を容易に製造できる方法
を提供することを目的としている。

発明の構成 本発明の厚膜型正特性半導体素子の製造方法は、Ｂ　ａ
　Ｔ　ｉＯ３系半導体粉末にＳｍ６Ｓｉ３．ＳｍＳｉま
たはＳｍＳｉ２のうち少なく吉も１種類を全重量に対し
て１〜６０重量％加えてペースト状にした混合物を基板
上に塗布して厚膜状とした後焼成することにより厚膜型
正特性半導体素子をイ（Ｊようとするものである。

従来の導電性添加剤とガラスフリットを用いる方法では
ＢａＴｉＯ３系半導体粉末同志の電気的接続のために導
電性添加剤が必要であり、Ｂ　ａ　Ｔ　ｓ　Ｏａ系粉末
同志を物理的に接続するのにガラスフリットが必要であ
った。

しかし、本発明によれば導電性添加剤とガラスフリット
の両方の役割をはだすものとしてＳｍ５ｓｉ３゜ＳｍＳ
ｉ　またばＳｍＳｉ２を用いたところに慣徴を有してい
る。このＳｍ５Ｓｔ３．ＳｍＳｉ、ＳｍＳｉ２は常温で
は導体であり、１０００〜１１ｏｏ℃以−１−の温度に
なると一部分が分解してオシ子表面に３１０２が析出す
るが１粒子内部は元のままで表向のＳｉＯ２膜により分
解が阻止される。従って、ＢａＴｉ○３系半導体粉末と
Ｓｍ５Ｓｉ３．Ｓｍ５ｉ−！ｆ、たはＳｍＳｉ２粉末を
混合して焼成すると、Ｓｍ　、Ｓ　ｉ３．　ＳｍＳ　ｉ
またはＳｍＳｉ２の表面に析出するＳ　ｔ　Ｏ２がガラ
スフリットと同じ役割をし、粒子内部が導電性添加剤の
役割をするため、Ｓｍ５Ｓｉ３．ＳｍＳｉまたはＳｍＳ
ｉ２を添加するだけでガラス７リツトを必要としない厚
膜型正特性半導体素子が得られる。

また、導電性金属を添加することにより熱伝導性が悪い
ガラススリットに較べ熱伝導性が良くなシ、熱衝撃性も
向上する。

実施例の説明 以下に本発明の実施例をあげて第１図と共に具体的に説
明する。

実施例１ Ｅ　ａ　Ｔ　ＩＯ３に１．０モルチのＬａ２Ｏ３を加え
１３００℃で焼成した後、粉砕してＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ
３系半導体を得る。前記Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３系半導体
粉末に全重量に対して６．０重用チの３ｒｎＳｉ粉末を
加え均一に混合し、さらにα−テルピネオールを加えて
ペースト状混合物１を作る。

一方、Ａｌ２Ｏ３などからなる基板２上にあらかじめ一
対のＡｑなとの導電性物質からなる電極３゜４を設けて
おき、前記電極３，４上にその電極３゜４の一部が残る
ように前記ペースト状混合物１をスクリーン印刷などに
より塗布し、室温から１０℃／ｍＬｎの昇温速度で１３
５０℃まで昇温し、１時間保持した後、炉内放冷する。

このようにして厚膜型正特性半導体素子を得た。

実施例２ 実施例１と同様にしてＢ　ａ　Ｔ　１０３に３．０モル
チのＬａ２Ｏ３を加え１２６０℃で焼成した後、−粉砕
してＢａＴｉＯ３ 系半導体粉末に全重量に対して２０．０重＠チのＳｍＳ
ｉ２粉末を加え均一に混合し、さらにα−テルピネオー
ルを加えてベース！・状混合物１にする１、ついで、実
施例１と同様に前記基板２上にあらかじめ前記電極３，
４を設けておき、前記電極３゜４の一部が残るように前
記ペースト状混合物１をスクリーン印刷などより塗布し
、室温から１０℃／駆の昇温速度で１３００℃まで昇温
し、３０分間保持した後、炉内放冷する。このようにし
て）１１ＩＩψ型半導体素子を得た。

こうして得だ厚膜型半導体素子の室温での面積抵抗は実
施例１の場合３．７にΩ／ｃｄｌであシ、実施例２の場
合１．４ＫＱｌｃｄｔであシ、各々の温度と抵抗値の関
係は第２図に示した通りであった。第２図でＡは実施例
１により得られた素子の特性、Ｂは実施例２の場合の特
性である。

発明の効果 以上のように本発明の製造方法によれば、Ｓｍ　５Ｓ　
ｉ３．　ＳｍＳ　ｉまたはＳｍＳｉ２　粉末が従来の導
電性添加剤とガラスフリットの両方の役割をはだし、電
気的接続、物理的接続に十分な効果があり、ガラスフリ
ットなしで厚膜状正特性半導体素子が得られることとな
る。

また、ガラスフリットという熱伝導の悪いものにかわっ
て熱伝導のよい導電性金属のＳｍ６Ｓｉ３゜ＳｍＳｉ、
ＳｍＳ’２を用いることにより、熱伝導が良くなり熱衝
撃性も向上する。さらに、スクリーン印刷などにより製
造できることから作業が容易で量産が可能である。

なお、本発明においてＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３系半導体粉
末としてはＢａ　Ｔ　ｉＯｓに各種の添加剤を加えて半
導体化したものであればなんでもよい。また、Ｓｍ６Ｓ
ｉ３゜ＳｍＳｉ、ＳｍＳｉ２粉末の添加用：を全重量に
対して１〜６０重量％と規定したのは、１重量−未満で
は面積抵抗が大きくなシすぎ発熱体に不適当であり、Ｂ
　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３粉末同志の物理的固定もできなく、
一方６ＯＮ量チを越えると面積抵抗が小さくなりすぎ、
自己制御特性（ＰＴＣ特性）が小さくなり発熱体に不適
当になるためである。

また、実施例では導電性金属として１種類添加した場合
のみ示したが、複数種類の全添加量が規定量内であれば
同様の効果があることを確認した。

さらに、Ｂ　ａ　Ｔ　１０ｓ系半導体粉末とＳｍ６Ｓｉ
３゜ＳｍＳ　ｉ　、ＳｍＳ　ｔ２粉末をペースト状にす
るのに有機溶剤（実施例ではａ−テルピネオ；ル）を用
いたが、ペースト状にできるものであればなんでもよい
。

以上述べたように本発明によれば、ガラスフリットを必
要としない厚膜型正特性半導体素子が容易に製造でき、
その実用上の効果は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により得られる厚膜型正特性半導体
素子を示す一部切欠斜視図、第２図は本発明の実施例に
よる素子の温度と抵抗値の関係を示す図である。 １・・−・・・ペースト状混合物、２・・・・・・基板
、３，４・・・・・・電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｂ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３系半導体粉末に５ｒｒｈ　ｓｓ　
   ｉｓ　、５ｒｎＳ　ｚまたはＳｍＳｉ２のうち少なくと
   も１種類を全重量に対して１〜６０重量％加え、ペース
   ト状にした混合物を基板上に塗布して厚膜状とした後、
   焼成してなることを特徴とする厚膜型正特性半導体素子
   の製造方法。